(图源:sciencedaily)
科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的工程师开发出了一种新材料,这种材料可以通过光线和温度刺激,转化为复杂的、预先编程好的形状,比如,让一个方形木栓在完全恢复到原来的形状之前,可以变形并嵌入一个圆孔中。
这种可控制的变形材料在《科学进展》(Science Advances)杂志上发表,可能在制造、机器人、生物医学设备和人造肌肉等领域有着广泛的应用。
“这种材料形成的能力,可以在不同形状间来回变化,只要暴露在光线下。这使得它们打开了一个广泛的新应用和尝试领域,比如增材制造、机器人技术和生物材料,”克里斯托弗·鲍曼说,她是新研究的资深作者,科罗拉多大学的化学与生物工程系(CHBE)杰出教授。
之前的研究使用了多种物理机制,通过可编程的刺激来改变物体的大小、形状或纹理。
然而,之前这类材料在尺寸或范围上是有限的,事实证明物体状态的变化很难完全逆转。
这种新的科罗拉多大学发现的材料通过使用液晶弹性体(LCEs)实现了在宏观水平上的可编程双向转换,与现代电视显示器的技术相同。
LCEs独特的分子结构使其易受光热动态变化的影响。
为了解决这个问题,研究人员在LCE网络中安装了一个光激活的触发器,通过将物体暴露在特定波长的光下,可以预先设定所需的分子排列。
然后触发器保持不活跃,直到暴露在相应的热刺激下。
例如,一只手工折叠的折纸天鹅以这种方式编程,它将在室温下保持折叠状态。然而,当加热到200华氏度时,天鹅会放松成一张平板状。
稍后,当它冷却到室温时,它将逐渐恢复其预先设定的天鹅形状。
这种新材料的不断变化使其具有广泛的应用前景,特别是未来的生物医学设备将变得比以往任何时候都更加灵活和适应性更强。
这项新研究的主要作者、CHBE的博士后研究员马修·麦克布莱德(Matthew McBride)说:“我们认为这是转化物体属性的一个优雅的基础系统。”
“我们计划继续优化和探索这项技术的可能性。”